A sépsis e o choque séptico representam uma síndrome complexa de intensa resposta inflamatória sistêmica, com múltiplas anormalidades fisiológicas e imunológicas, comumente causadas por infecção bacteriana. A principal conseqüência dessa resposta é o comprometimento de muitos órgãos e tecidos. A disfunção cardíaca, decorrente de um prejuízo na contratilidade miocárdica, tem sido reconhecida como um fator importante que contribui para os altos índices de mortalidade observados na sépsis. Dados recentes do nosso laboratório indicam que alterações estruturais no miocárdio podem ser responsáveis pela disfunção cardíaca observada na sépsis. Considerando que a maquinaria contrátil interna das miofibras deve permanecer intimamente conectada com a membrana e a matriz extracelular, o presente estudo foi proposto para avaliar alterações nas comunicações intercelulares e acoplagem mecânica entre os cardiomiócitos vizinhos e avaliar a expressão de proteínas do arcabouço celular e da matriz extracelular (especificamente a laminina-?2) durante a sépsis grave. Nossos resultados mostraram que há uma diminuição na expressão das proteínas envolvidas na formação das gap junctions (conexina43) e junções aderentes (N-caderina), o que resultaria na perda da integridade estrutural dos discos intercalares, alterando o acoplamento mecânico e eletro-químico entre os cardiomiócitos vizinhos. Além disso, demonstramos que há redução na expressão de distrofina e das proteínas que constituem o complexo de glicoproteínas associadas a distrofina (CGD) durante a sépsis experimental. A redução ou perda da expressão de distrofina é o evento primário que ocorre seguido pela degeneração miofilamentar, caracterizada pela lise dos filamentos de actina e miosina. A diminuição na expressão das glicoproteínas associadas à distrofina: -distroglicana e laminina foram considerados eventos secundários. Os resultados sugerem que durante a sépsis induzida por ligação e perfuração do ceco (CLP), há perda de proteínas importantes envolvidas tanto no remodelamento do disco intercalar quanto na expressão de glicoproteínas envolvidas na ligação mecânica entre o citoesqueleto intracelular e a matriz extracelular. Embora estudos funcionais sejam necessários para determinar o efeito direto dessas alterações sobre o miocárdio podemos sugerir que as alterações estruturais são parcialmente responsáveis pela depressão miocárdica observada na sépsis. / Sepsis and septic shock represent a complex syndrome of systemic inflammatory response, with multiple physiological and immunological abnormalities, commonly caused by bacterial infection. The most important consequence of the response is the involvement of many organs and tissues. Cardiac dysfunction, caused by impairment in myocardial contractility, has been recognized as an important factor that contributes to the high mortality observed in sepsis. Evidence from our laboratory indicates that myocardial structural changes could be responsible for sepsis-induced myocardial dysfunction. Taking into account that the contractile machinery inside the myofibers must remain intimately connected with the membrane and extracellular matrix, the present investigation sought to evaluate changes in intercellular communications and mechanical coupling between the neighbor cardiomyocytes and the expression of the cell scaffold protein and extracellular matrix (specifically merosin laminin-2 chain) during the severe sepsis. Our results showed a decrease in the expression of proteins involved in formation of gap junctions (connexin-43) and adherens junctions (N-cadherin). These alterations may result in the loss of intercalated disc structural integrity, changing the mechanical and electrical-chemical coupling between neighboring cardiomyocytes. Additionally, we demonstrated the decrease of dystrophin and dystrophin-glycoprotein complex (DGC) components resulting from severe septic injury. The reduction or loss of dystrophin is the primary event that occurs followed by miofilamentar degeneration characterized by actin and myosin lysis. The decrease of glycoproteins associated with dystrophin: -dystroglican and laminin were considered secondary events. The results suggest that during experimental severe sepsis induced by cecal ligation and puncture (CLP), there is loss of important proteins involved in both the remodeling of the intercalated disc and the glycoproteins expression implicated in the mechanical link between the intracellular cytoskeleton and extracellular matrix. Although the functional studies are needed to determine the direct effect of these alterations on myocardium, we can suggest that myocardial structural changes may be partly responsible for sepsis-induced cardiac depression.

L'adenocarcinoma ductal de pàncrees és un càncer molt agressiu que actualment representa la quarta causa de mort per càncer als països occidentals. Les teràpies clàssiques, basades en la resecció quirúrgica, la radioteràpia i el tractament amb quimioteràpics com la gemcitabina, no són efectives en la gran majoria del pacients. En aquests darrers anys s'està estudiant l'aplicació de la teràpia gènica com a teràpia alternativa o adjuvant per al tractament d'aquesta neoplàsia. Una aproximació important és la que es basa en la transferència del gen de la timidina quinasa del virus Herpes simplex tipus 1 (TK) i l'administració de la pro-droga ganciclovir (GCV). Un dels atractius que presenta aquest sistema TK/GCV és que disposa d'un mecanisme amplificador de la mort cel·lular, que va més enllà d'eliminar la cèl·lula tumoral modificada genèticament amb el gen TK i que es coneix com l'efecte adjacent. S'ha proposat, que aquest efecte podria ser degut al trànsit dels metabòlits tòxics del GCV a través dels canals intercel·lulars que formen les unions gap.En aquesta tesi hem realitzat una caracterització de l'expressió de les molécules constitutives de les unions gap, les connexines, en l'adenocarcinoma de pàncrees; i hem estudiat el seu paper en l'eficàcia de dues estratègies terapèutiques basades en l'administració de compostos anàlegs de nucleòsids: el sistema suïcida TK/GCV i el quimioteràpic gemcitabina. S'ha estudiat també la possible contribució de l'E-cadherina, element clau de les unions adherents epitelials, en l'efecte citotòxic d'aquestes teràpies i amb especial èmfasi en el sistema TK/GCV.

Dans cette thèse, nous avons abordé deux problèmes de modélisation mathématique pour la propagation des signaux électriques cardiaques : la propagation à l’échelle tissulaire en présence d’hétérogénéités et la propagation à l’échelle cellulaire avec des jonctions communicantes non linéaires. Inclusions diffusives. Le modèle standard utilisé en électrocardiologie est le modèle bidomaine. Il est déduit par homogénéisation des propriétés microscopiques du tissu. Pour cela, on suppose que les myocytes électriquement actifs sont uniformément répartis dans le coeur. Bien que ce soit une hypothèse raisonnable pour des coeurs sains, ce n’est plus vrai dans certains cas pathologiques où des changements importants dans la structure tissulaire se produisent. C’est le cas, par exemple des maladies cardiaques ischémiques, rhumatismales et inflammatoires, de l’hypertrophie ou de l’infarctus. Ces hétérogénéités tissulaires sont souvent prises en compte à l’aide d’un ajustement ad hoc des paramètres du modèle. Le premier objectif de cette thèse consistait à généraliser les équations du modèle bidomaine au cas des pathologies cardiaques structurelles.Nous avons supposé une alternance périodique d’éléments de tissus sains (modèle bidomaine) et modifiées (inclusions diffusives). La simulation numérique directe d’un tel modèle nécessite une discrétisation très fine, et entraîne un coût de calcul élevé. Pour éviter cela, nous avons construit un modèle homogénéisé à l’échelle macroscopique en utilisant une analyse à deux échelles. Nous avons retrouvé un modèle de type bidomaine avec des coefficients de conductivité modifiés, dits effectifs. En complément, nous avons effectué une vérification numérique de la convergence du modèle microscopique vers celui homogénéisé, dans une situation bidimensionnelle.Dans la deuxième partie, nous avons quantifié les effets de différentes formes d’inclusions diffusives sur les coefficients de conductivité effectifs et leur anisotropie en 2D et 3D. De plus, nous avons effectué des simulations sur des domaines représentant des morceaux de tissu 2D avec ces coefficients de conductivité modifiés. Nous avons observé des changements de la vitesse de propagation et de la forme du front de l’onde de dépolarisation. Dans la troisième partie, nous avons simulé le modèle homogénéisé en 3D, à partir d’images par résonance magnétique (IRM) à haute résolution d’un coeur de rat. Nous avons évalué les propriétés structurelles du tissu en utilisant des outils d’analyse d’image.Nous avons ensuite utilisés ces évaluations pour construire les paramètres dans le modèle homogénéisé. Jonctions communicantes non linéaires. Dans la dernière partie de cette thèse, nous avons étudié les effets du comportement non linéaires des jonctions communicantes sur la propagation du signal à l’échelle cellulaire. Dans les modèles existants, les jonctions communicantes sont supposées avoir un comportement linéaire, lorsqu’elles sont modélisées.Cependant les données provenant des expériences montrent que ceux-ci ont un comportement non linéaire dépendant du temps et de la différence de potentiel entre cellules voisines. D’abord, nous avons présenté un modèle non linéaire 0D du courant dans les jonctions communicantes. Ensuite, nous avons recalé le modèle sur les données expérimentales.Enfin, nous avons proposé un modèle mathématique 2D qui décrit l’interaction électrique des myocytes cardiaques à l’échelle cellulaire. Ce modèle utilise le courant dans les jonctions communicantes comme une liaison directe entre des cellules adjacentes. / In this thesis we addressed two problems in mathematical modelling of propagation of electrical signals in the heart: tissue scale propagation with presence of tissue heterogeneities and cell scale propagation with non-linear gap junctions. Diffusive inclusions. The standard model used in cardiac electrophysiology is the bidomain model. It is an averaged model derived from the microscopic properties of the tissue.The bidomain model assumes that the electrically active myocytes are present uniformly everywhere in the heart. While this is a reasonable assumption for healthy hearts, it fails insome pathological cases where significant changes in the tissue structure occur, for examplein ischaemic and rheumatic heart disease, inflammation, hypertrophy, or infarction. These tissue heterogeneities are often taken into account through an ad-hoc tuning of model parameters. The first aim of this thesis consisted in generalizing the bidomain equations to the case of structural heart diseases.We assumed a periodic alternation of healthy (bidomain model) and altered (diffusive inclusion) tissue patches. Such a model may be simulated directly, at the high computational cost of a very fine discretisation. Instead we derived a homogenized model at the macroscopic scale, using a rigorous two-scale analysis. We recovered a bidomain-type model with modified conductivity coefficients, and performed a 2D numerical verificationof the convergence of the microscopic model towards the homogenized one.In the second part we quantified the effects of different shapes and sizes of diffusive inclusions on the effective conductivity coefficients and their anisotropy ratios in 2D and3D. Additionally, we ran simulations on 2D patches of tissue with modified conductivity coefficients. We observed changes in the propagation velocity as well as in the shape of the depolarization wave-front.In the third part, based on high-resolution MR images of a rat heart we simulated 3D propagations with the homogenized model. Using image analysis software tools we assessed the structural properties of the tissue, that we used afterwards as parameters inthe homogenized model. Non-linear gap junctions. In the last part of this thesis, we studied the effects of nonlineargap junction channels on the signal propagation at the cell scale. In existing models, the gap junction channels, if modelled, are assumed to have a linear behaviour, while from experimental data we know that they have a time- and voltage-dependent non-linear behaviour. Firstly, we stated a non-linear 0D model for the gap junctional current, and secondly fitted the model to available experimental data. Finally, we proposed a 2D mathematical model that describes the electrical interaction of cardiac myocytes on the cell scale. It accounts for the gap junctional current as "the direct link" between the adjacent cells.